仿真实验固体线膨胀系数的测量.doc

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1、实验项目名称：固体热膨胀系数测量一、实验目的1.了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。2.学习用光杠杆法测量微小长度变化。3.学习测量铜棒的线膨胀系数。4.学习图示法处理数据。二、实验原理1．材料的热膨胀系数各种材料热膨胀冷缩的强弱是不同的,为了定量区分它们人们找到了表征这种热膨胀冷缩特性的物理量-------线胀系数和体胀系数。线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了△L,则有LLtt21（1

2、）α1=△L／L(t2-t1)（2）2.线胀系数测量线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。实验表明，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金属。殷钢、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如图1.2.1—1所示。当金属杆伸长时，从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数b1,b2,这时有bbl21L(3)2Dbb21(4)2DLtt21放大公式的推导参看第一册实验5.3

3、.1图1.2.1---1光杠杆原理图三、实验仪器热膨胀系数测定仪、尺度望远镜、光杠杆、温度计、电源开关、调节温度、指示灯、铜棒、米尺。四、实验内容及步骤线膨胀系数的测定（1）仪器调节:实验装置图如图1.2.1—1所示。实验时，将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属圆筒中，棒的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外，装好温度计，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足尖置于固定台上。在光杠杆前1m左右放置望远镜及直尺。调节望远镜，直到看清楚平面镜中直尺的像，反复调节，使标尺成像清晰，且叉丝也清晰，并使像与叉丝之间无视

4、差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。（2）读出叉丝横线在直尺上的读书n1,记录初温t1,蒸汽进去金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值n2并记下t2。（3）如果线胀仪采用电加热，测量课从室温开始，每间隔10℃记一次t和n的值，直到t达90℃。然后逐渐降温，重复测以上数据。（4）测量直尺到平面镜间距离D，将光杠杆在白纸上轻松压出三个足尖印痕，用游标卡尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离。（5）以t为横坐标，n为纵坐标做出n–t关系曲线，求直线斜率K,并由此计

5、算α1。（6）用最小二乘发求直线斜率K，并计算α1的标注误差五、实验数据记录与处理测得光光杠杆后单足到前双足的垂直距离b=6.20cm,镜面到标尺的水平距离D=196.90–8.40=188.50cm。铜丝长度L=50.71cm温度t102030405060708090/℃望远03.37.211.014.918.722.426.129.8镜示数n/mm根据公式α1=Nb／2DL△t得α-5-11=1.22×10(℃)六、思考题1．对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？答：不是，因为同一材料在不同

6、的温度区域，其线性膨胀系数是不同的。2．你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？答：可以采用光学干涉法来测量线膨胀系数。3.引起测量误差的主要因素是什么？答：①仪器的精准度不够；②实验环境的影响；③测量物体的材料不纯净等。